第6讲 色谱法引论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第六讲 色谱法引论,第一节,色谱法概述,generalization of chromatograph analysis,2024/10/6,2. 分配系数,（,partion,factor,）,K,组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。,分配系数是色谱分离的依据。,在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：,g /,mL,）,比，称为分配系数，用,K,表示，即：,2024/10/6,分配系数,K,的讨论,一定温度下，组分的分配系数,K,越大，出峰越慢；,试样一定时，,K,主要取决于固定相性质；,每个组份在各种固定相上的分配系数,K,不同；,选择适宜的固定相可改善分离效果；,试样中的各组分具有不同的,K,值是分离的基础；,某组分的,K,= 0,时，即不被固定相保留，最先流出。,2024/10/6,3.分配比,（,partion,ratio）,k,在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：,1. 分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。,2.分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该组分的保留时间越长。,3. 分配比可以由实验测得。,分配比也称：,容量因子(,capacity factor)；,容量比(,capacity factor)；,2024/10/6,三、,色谱流出曲线与术语,1.基线,无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。,2.保留值,（1）时间表示的保留值,保留时间（,t,r,）：,组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；,死时间（,t,M,或,t,0,）：,不与固定相作用的物质（如空气）的保留时间；,调整保留时间（,t,r,）,：,t,r,=,t,r,t,0,2024/10/6,3.,相对保留值,r,21,（选择因子,）,组分2与组分1调整保留值之比：,r,21,=,=,t,r,2,/,t,r,1,=,V,r,2,/,V,r,1,相对保留值,只与柱温和固定相性质有关,，与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性，又称选择因子，,广泛用作色谱定性的依据！,2024/10/6,5,. 区域宽度,用来衡量色谱峰宽度的参数，有,三种表示方法,：,（1）,标准偏差,(,)：,即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。,（,2）,半峰宽,(,Y,1/2,或,W,1/2,)：,色谱峰高一半处的宽度,W,1/2,=2.354,（3）,峰底宽,(,W,b)：,W,b,=4,2024/10/6,第二节,色谱理论基础,一、塔板理论,plate theory,二、,速率理论,rate theory,三、,分离度,resolution,F,undamental of chromatograph theory,2024/10/6,一、塔板理论-,柱分离效能指标,1.塔板理论,（,plate theory）,半经验理论；,将色谱分离过程比拟作精馏过程，将连续的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复 （类似于精馏塔塔板上的平衡过程）。,2024/10/6,塔板理论的假设,1.,在柱内一小段长度,H,内，组分可以在两相间迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度,H,。,2.,以气相色谱为例，载气进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（,Vm,）。,3.,所有组分开始时存在于第,0,号塔板上，而且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。,4.,分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。,2024/10/6,色谱柱长：,L,，,虚拟的塔板间距离：,H,色谱柱的理论塔板数：,n,则三者的关系为：,n,=,L,/,H,理论塔板数与色谱参数之间的关系（,重要公式,）：,2024/10/6,2.有效塔板数和有效塔板高度,单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。,用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。,组分在,t,0,时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数和有效塔板高度：,（,重要公式,）,2024/10/6,3.塔板理论的特点和不足,(1)当色谱柱长度一定时，塔板数,n,越大(塔板高度,H,越小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。,(2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。,2024/10/6,3.塔板理论的特点和不足,(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数,K,相同时，无论该色谱柱的塔板数有多大，都无法实现分离。,(4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。,2024/10/6,二、,速率理论-,影响柱效的因素,1. 速率方程（也称范.弟姆特方程式）,H,=,A,+,B,/,u,+,C,u,H,：理论塔板高度,u,：载气的线速度(,cm/s),减小,A,、,B,、,C,三项可提高柱效；,存在着最佳流速；,A,、,B,、,C,三项各与哪些因素有关？,2024/10/6,2.载气流速与柱效,最佳流速,载气流速高时：,传质阻力项是影响柱效的主要因素，,流速,，柱效,。,载气流速低时：,分子扩散项成为影响柱效的主要因素，,流速,柱效,。,H,-,u,曲线与最佳流速：,由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有一极小值。,以塔板高度,H,对应载气流速,u,作图，曲线最低点的流速即为,最佳流速,。,2024/10/6,分离度的表达式,：,R,=0.8,：两峰的分离程度可达89%；,R,=1,：分离程度98%；,R,=1.5,：达99.7%，相邻两峰完全分离的标准,2024/10/6,R,的定义并未反映影响分离度的诸因素。 实际上，,R,受柱效,n,、相对保留值,r,21,（选择因子,a,）和容量因子,k,三个参数的控制，它们之间的关系可以用,基本色谱分离方程式,来表示。,四、基本色谱分离方程式,2024/10/6,推导可得,基本色谱分离方程式：,2024/10/6,式中,，,a,为选择因子，,a,=,r,21,或：,2024/10/6,在实际应用中，往往用,n,eff,代替,n,，可得基本色谱分离方程式的又一表达式：,或：,2024/10/6,或,上式更加常用！,2024/10/6,1,、分离度与柱效的关系,当固定相确定，被分离物质对的,确定后，分离度将取决于,n,。,这时，对于一定理论板高的柱子，分离度的平方与柱长成正比，即,(R,1,/ R,2,),2,= n,1,/ n,2,= L,1,/ L,2,说明用长的色谱柱可以提高分离度，但延长了分析时间。,因此，提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的柱子，通过降低板高，以提高分离度。,2024/10/6,2.,分离度与选择因子的关系,由基本色谱方程式判断，当,= 1,时，,R = 0,。,这时，无论怎样提高柱效也无法使两组分分离。显然，,大，选择性好。,一般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低柱温，可有效增大,值。,2024/10/6,增大,是提高分离度的最有效方法。,研究证明：,的微小变化，就能引起分离度的显著变化。,而增大,的最有效方法是选择合适的固定液,。,2024/10/6,在实际中，基本色谱分离方程式是很有用的公式，它将柱效,n,、选择因子,、分离度,R,三者的关系联系起来了，知道其中两个指标，就可以计算出第三个指标。,五、基本色谱分离方程式的应用,2024/10/6,例题,1,：,有一根,1m,长的柱子，分离组分,1,和,2,，得到如下图所示的色谱图。图中,，,横坐标,l,为记录笔走纸距离，若欲得到,R,=1.2,的分离度，有效塔板数应为多少？色谱柱要加到多长？,2024/10/6,解：先求出组分,2,对组分,1,的相对保留值,r,2,1,，即,值：,由式（,15.39,），求分离度,R,：,2024/10/6,由式（,15.27,），求有效塔板数,n,eff,：,若使,R,=1.2,，所需塔板数可由式（,15.43,）计算，即：,因此，欲使分离度,R,达到,1.2,，需有效塔板数为,2788,块，则所需柱长为：,2024/10/6,例题,2,：,在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒和100秒，要达到完全分离，即,R,=1.5 。,计算需要多少块有效塔板。若填充柱的塔板高度为0.1,cm，,柱长是多少？,解：,r,21,= 100 / 85 = 1.18,n,有效,= 16,R,2,/ (,-1) ,2,= 161.5,2,(1.18 / 0.18 ),2,= 1547（,块）,L,有效,=,n,有效,H,有效,= 15470.1 = 155,cm,即柱长为1.55,米时，,两组分可以得到完全分离。,2024/10/6,例题,3,：,在一定条件下，柱长,1m,，柱效,n,3600,，两个组分的保留时间分别为12.2,s,和12.8,s，,计算分离度。要达到完全分离，即,R,=1.5，,计算需要的柱长。,解： 据,P308,（,15.26,式），有,分离度,：,2024/10/6,